防爆电机的抱轴故障分析及维修

内容提要:本文简单分析了防爆电机“抱轴”故障的各种情况,提出了解决的方法。随着石油、化工行业的不断发展,国内石油深加工产品不断开发,我公司炼油生产装置不断增加,炼油已达1600万吨/年加工能力。然而,所需配套电机的种类、规格、数量猛增,致使防爆电机(隔爆型、增安型)的数量越来越多。由于防爆电机大量的增多,电机“抱轴”故障也有所增多,电机“抱轴”是电机维修中较为常见的问题之一。本文根据维修中的点滴体会从电机结构、电机装配、轴承质量和使用维护等方面提出自己粗浅的看法。

1、隔爆型电机的轴贯通结构

中型隔爆型电机轴贯通部分较普通电机复杂。为满足防爆性能要求而设置的曲路环、迷宫环,有较长的隔爆接合面、且隔爆间隙小(防爆间隙W≤0.3),不利于散热。从维修过的JB0630电机,由于该结构轴承套、内盖、曲路环、迷宫环及相应配合要求有较高的垂直度、平行度和同心度等形位精度要求,而现行的部分零部件加工、检测手段等不完全能达到设计要求,使在电机装配和运行中,因隔爆间隙小,不利散热的因素,使其电机温度升高,同时受轴热膨胀的影响,对轴承、内盖、曲路环、迷宫环的影响等,导致隔爆间隙更小,同时因误差影响而不能很好地自动调整间隙而摩擦发热,直至轴承烧坏、粘结而造成“抱轴”。

防爆电机由于设置曲路环、迷宫环等结构不但零部件加工要求精度高,而且装配工艺要求也较高,电机在检修过程中,要进行对每个零部件的检测,使零部件既要达到公差要求,也要满足防爆性能要求。提高电机装配质量,从而减少电机“抱轴”故障率。我们仍在常二装置P001A电机检修时,对零部件未进行检测,其次,因装配经验不足,在电机装配试机时,就出现电机轴承故障,幸而及时发现,轴档未受损伤。之后,常二装置有6台高压电机(JB630),电机检修时,加强对每个零部件的检测,检测中发现部分电机的轴套、曲路环、内小盖的内外圆有不同程度的变形,有的呈椭圆形。为此,对这些零部件重新进行精加工处理,提高了零部件精度,问题得到了解决,电机检修后,电机运行情况良好。

2、较大的转子重量

中型隔爆电机为改善电机内部的通风散热条件,常采用在转轴两端设置两个内风扇,同时为满足风压、风量的要求,而使内风扇的轴向尺寸较长。另外,在定子线圈两侧端部也留有较大长度的空间,以形成电机内部较通畅的循环风路,由于结构上的原因而增大了轴承间距。防爆电机有较复杂的轴承结构(轴承套、曲路环、迷宫环等)。其次,转轴两端设有两个直径较大的平衡环,这样就相应增加轴的直径和长度,增加了转轴的重量。一台JB0630-2,450KW电机,转轴长度达2100mm,重量超过1200kG,今年更新改造的重整机501/1新氢压缩机YAKS900-181250KW电机,转轴长度达4000mm,重量超过7500kg,使轴承静负荷的增加。在石化行业中,为保证装置生产安全、可靠,往往机泵均设置二台,一台在运行,另一台作为备用。而备用电机有时长期间不运转,由于转轴自身重负荷的影响,导轴伸端变形弯曲,使电机在运转中振动增大,影响轴承使用寿命,在维修中,转轴上车床百分表校验时,常发现转轴轴伸端有0.02~0.03mm的弯曲度,有时弯曲度更大。这是由于较大的转轴重量所致。因此,备用电机不能长期备而不用,应经常切换运行才好。其次,对备用电机应经常进行盘车,改变转轴角度(转动角度以180度为佳),这是防止转轴变形弯曲的有效措施。

3、轴承内、外径的公差配合精度

轴承内径与轴档配合及轴承外径与轴承套内径的配合,如果配合过盈略大,则可能造成由于热膨胀长住轴承套,吃掉轴承游间而研伤轴承,引起发热,直至轴承烧坏,发生“抱轴”故障。为此,对轴档加工公差尺寸尽量控制在中间公差。根据资料可得,轴的轴承档直径,使用滚动轴承时,其选择公差为“K6”。

 

如果轴档加工尺寸过小,则会发生轴承跑内圈现象,引起发热,粘结轴档同样会造成“抱轴”故障。因此,检修时应严格把住轴档公差尺寸。轴档尺寸过小,就要刷镀处理。如2003年3月,重整机502/2加氢循环压缩机KR5429B-EA04350kw电机检修中发现后轴档公差尺寸偏小φ95-0.01,为此,对轴档进行了热喷镀处理。然后上磨床精加工,尺寸控制在φ95+0.015,保证轴承的实际配合精度,电机检修后一直趋于良好的运行状态。

轴承与轴承室配合,其轴承套内径选择公差见表二。在加工中应尽量控制在中间公差的上偏差区间内,呈间隙配合,以保证电机在额定运行中其轴贯通部分发热时,为热膨胀留有一定裕度。但是轴承套加工尺寸不宜过大,否则会发生跑套现象,轴承更容易发热,为此在检修中,应严格把住轴承内、外径实际配合精度,以保证轴承装配后达到有限自由的稳定运行状态。

 

4、轴承的质量

防爆电机采用轴承应选用电机专用轴承,即带“zz”或“C3”标志的轴承。电机用轴承除轴承牌号外,其精度、径向游隙的选择将直接影响其使用寿命,对于中大型电机用轴承径向游隙大一点为宜,一般游隙选在0.08~0.10mm左右,稍大的径向游隙为轴承的热膨胀预留一定裕度。常一装置P111/1、2及重一装置p601/1、2、3三台热载体泵高压电机,电机选用JB0630型,电机为早期产品。由于电机容量大,转子轴径相应增大,选用320轴承,轴承越大,极限转速越低。从资料查得:此轴承极限转速为2800r.p.m,电机的实际转速已超越了它的极限转速。显然,轴承的可靠性大为降低。对于轴承的质量问题,无论是材质、热处理、加工、装配、检验等工艺要求难以保证,导致轴承质量问题时有发生。今年,催化大修改造时,P312/1、2电机更新YB355S2-4W200KW电机检修时,轴承型号为NSK6320C3二台电机各发现有一只轴承弹道较松,已超越了规定范围,经与厂方确认,确实系轴承质量问题,给予更换了二只轴承,从而避免了电机轴承故障的发生。轴承质量的好坏,将直接影响电机运转的关键及轴承使用寿命。为此电机在维修中,轴承的质量问题要严格把关,做到不合格的轴承不装配。

5、轴承的装配

滚动轴承的装配,主要有两个关键问题,一是轴承的清洗方法,二是轴承的安装方法。多年来的维修经验证明,轴承的清洗和安装方法对电机产生噪声和振动的影响很大,正确的清洗和安装方法可以降低电机的振动和轴承噪声。而不正确的清洗和安装方法,使电机产生振动、噪声,甚至轴承受到损坏,降低轴承使用寿命。因此轴承的清洗及安装必须注意以下几个方面:

1)轴承的清洗

轴承的清洗,先洗去轴承上的防锈剂,一般轴承防锈剂大多采用油剂防锈剂,用煤油就可以清洗干净,清洗时要认真细致地检查轴承内、外圈,滚珠及滚道上是否有痕迹锈蚀、麻点等存在,检查轴承间隙情况,并一手拿住轴承内圈,,另一手转动轴承外圈,转动平稳灵活自如,声响正常,没有振动和轴向摇晃,检查正常后才能使用。清洗时,不允许毛刺、杂物微粒等进入轴承,因为杂物将明显地增大电机的振动和轴承噪声,加速轴承的磨损。

2)轴承的装配

装配轴承的场地要清洁,避免附近施工作业场所,以免杂物进入轴承,使轴承发生故障。装配时,要认真检测与轴承相配合的零部件,如发生轴档、轴承套、端盖等零部件公差配合及表面粗糙度不符合要求时,不允许装配。轴承安装常采用变压器油加热,感应加热和烘箱加热法等加热法,任一种加热法都可以。加热温度控制在90~100℃为宜,不得超过110℃。轴承加热温度控制不好,清洗不干净,零件毛刺清理不净,将严重影响轴承使用寿命。

3)轴承内、外盖的装配由于轴承内、外盖的内孔与轴配合间隙小,若轴承内、外盖螺栓对边没有同步对称拧紧,产生歪斜,导致轴承盖与转轴产生摩擦,使轴承温度加剧上升,引起“抱轴”故障,为此,轴承内、外盖装配前必须检测轴承盖内孔公差配合情况,若配合间隙过小,则把轴承盖上车床车大内孔直径,使公差配合符合要求。

6、轴承的润滑系统

防爆电机的轴承室内净容积较小,轴承室下侧设有储油室(储存污油),由于防爆电机散热条件差,轴承运行温度高,在高温运行下使轴承内的润滑脂变稀,使变稀了的润滑脂不断向储存室流入,轴承温度越高,流失越快,使轴承室润滑脂大量减少,若不及时加注润滑脂,将造成轴承在缺油或无油状态下运行。轴承干磨加快轴承磨损,温度急剧上升,恶性循环,最终导致轴承损坏,造成“抱轴”故障。不少“抱轴“故障的电机,多数因轴承室内是缺油或无油状态。因此,在日常巡检中,,要加强检查电机的运行状态,特别对轴承温度较高的,要观察其润滑脂是否有流失现象,发现润滑脂流失,要检查轴承情况,并及时补充润滑脂。电机制造厂规定电机运行时间到2000~2500小时,应补充润滑脂,使轴承一直保持良好的润滑状态。为此,设有注油装置的电机,必须定期进行注油,补充润滑脂。2003年12月15日,一常泵116/2电机(佳木斯450KW),因注油工作不到位,使后轴承严重少油,电机噪音增大,操作工发现及时,运行值班人员立即要求工艺倒泵,从而避免电机抱轴和绕组烧毁事故。

7、电机的安装调整电机的安装调整是一项需要耐心和细致的工作,要使电机轴回转中心线与被传动机械的轴中心线要求一致,即相互联接的两联轴器的轴中心线(轴线)应重合,机组轴线调整的好坏,是直接影响机组能否正常运行的关键,两轴线的同轴度偏差大,会引起机组振动增大,轴承发热,严重时造成轴承的损坏和轴的断裂现象。

对中大型电机的机组的调整,采用刚性联接时,要求两轴中心线在电机静止时的同轴度偏差小于0.03mm。如烷基化装置原一台丙烷压缩机电机FCKWXX-21000KW,日本东芝出品的高压电机,电机安装调整时,两轴中心线的同轴度偏差超过0.10mm,由于偏差过大,使电机后端加剧振动,电机运行仅2~3小时,电机后轴承就发生故障。电机虽经检修,电机性能明显下降,不能满足生产要求,最终导致电机更新。

8、转轴的修理

轴承档是转轴最重要亦容易磨损,轴承一旦故障常容易粘结、造成“抱轴”的部分。轴档的磨损,将出现转子偏移,严重时造成定、转子气隙不均而产生的单边磁拉力对轴承的影响。甚至产生定、转子铁芯相擦,造成扫膛而损坏电机,无论是轴档的磨损,或者是发生“抱轴”故障,转轴都必须进行修理。常见转轴的故障有弯曲、粘结、磨损等。

(1)转轴弯曲的修理转轴修理时,先检查转轴的弯曲变形情况,将转轴置于车床上,用百分表或划针盘测量,根据测量情况分别进行修理。若轴档弯曲变形不严重,可采用电镀法修理。电镀时先将转轴上磨床在轴档处磨小0.20~0.50mm,然后在轴档处镀上一层铬。这样能使镀层达到一定厚度,不容易脱落。如镀层太薄,会产生镀层脱皮现象,不牢靠。镀层尺寸要比加工尺寸大0.10mm左右,再上磨床精加工,加工到所需尺寸。加工面应与轴中心线垂直,保证轴的同轴度符合要求。

(2)轴档粘结的修理轴承发生“抱轴”故障后,往往使轴承内粘结在轴档上,且弯曲变形严重,有的甚至连轴伸端也弯曲变形。这时轴档、轴伸端需要同时修理。若采用电镀法修理,不但修理复杂,而且修理费用昂贵。如采用堆焊法修理,可节约费用,而且效果也不错。堆焊可用氩弧焊焊接,焊接时电流不宜过大,应滚动轴逐层均匀地焊接,焊完后须退火处理,然后精加工到所需尺寸。

(3)镶套法轴档磨损严重时,可以采用镶套法。将轴档的磨损处车小3~6mm,用与轴同材质的圆钢车一个合适的轴套,其内孔与已车好的轴外径选用过盈配合,其外径比原轴大1~2mm,将其加热后套在轴上,在套与轴结合处用电焊条焊一圈。并精加工到所需尺寸。关于轴的修理还有许多方法,如冷态矫轴法,热态矫轴法等等,这里不再叙述。

9、结束语

造成电机“抱轴”故障的原因是多方面的。解决“抱轴”问题,需要从电机结构、工艺方面、加工手段及使用维护等方面入手改进解决。另外,采用科学的手段,推广应用设备状态监测、开展电机轴承运行状态的预测预报工作。做到及时发现,及时检查,及时处理。从而减少电机“抱轴”的故障率。从近几年来的电机轴承状态监测情况来看,我们避免了很多电机“抱轴”故障的发生,为装置安全生产起到积极的作用。因此,推广应用设备状态监测,是防止和减少电机“抱轴”故障的有效措施。

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关键词:防爆电机

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